大学物理学总结省公开课金奖全国赛课一等奖微课获奖课件

大学物理总结11/38经过一年大学物理学习，▲

科学和生产▲

理论和试验▲

相对和绝对▲

继承和创新总结以下四个关系：22/38一.科学和生产

1.物理学三次大突破造成了生产力大飞跃（l）热学、热力学研究（19世纪下半叶）

蒸汽机创造和广泛应用

——第一次工业革命（工业机械化）

（2）电磁感应研究，电磁学理论建立（19世纪中叶）

发电机、电动机创造，无线电通讯发展

第二次工业革命（工业电气化）

33/38为近代物理发展奠定了理论基础，使物理学进入高速、微观世界，促进了：

核物理研究和发展

核能释放和利用

原子分子物理研究和发展

激光创造和应用

半导体、固体物理、材料科学研究和发展

晶体管、大规模集成电路、微型计算机创造和应用

第三次技术革命（信息化）（3）相对论、量子力学建立（1900

1930）44/38物理学突破会造成新技术创造和发展，深入就造成了生产大飞跃。这些事实充分说明了：“科学技术是第一生产力”

邓小平“没有今天基础科学就没有明天科技应用”

李政道55/38（4）物理学现在正处于第四次重大突破前夜20世纪末，李政道先生指出,物理学晴朗天空中也有两朵乌云:

对称性丢失

夸克禁闭物理学最基本规律中存在这两大疑难，预示着新有重大意义物理规律诞生。66/38

大型强子对机（LHC）8+8TeV（西欧核研究中心CERN）

相对论重离子对撞机（RHIC）100GeV/每个核子（美国）它们运行有可能造成重大发觉，造成物理学新重大突破。1991年4月，钱三强、周光召等十八位物理学家上书我国相关部门，提议组织科学界抓住机遇，做好准备，迎接这新突破。当前正在兴建或即将兴建一些用于物理学基础研究世界级巨大科学工程，如：77/38

2.生产需要是推进物理学发展根本动力

（1）生产需要推进了物理学研究

要提升蒸汽机效率

研究热学、卡诺循环，发展了热力学。

德国要发展炼钢业

研究热辐射规律，造成量子论建立。

利用核能开发聚变能

促进了核物理、等离子体物理、辐射物理研究。88/38

（2）生产为物理学发展创造了物质技术条件在孔夫子时代不可能创造飞机，也不会产生量子力学。在近代，因为认识到科学对生产发展主要作用，从总体来看，物理学研究是超前于技术和生产，但其发展离不开当初生产技术水平。

促进了材料科学、表面物理、人工微结构物理等研究。

大规模集成电路99/38二.理论和试验

1.试验

（l）试验是理论基础，理论正确是否最终要接收试验检验，如：

光电效应试验

光子概念和理论—密立根试验、康普顿散射试验使光子概念和理论得到确认。

—

疑难→弱作用宇称不守恒理论—吴健雄等人试验证实了这一理论。1010/38如：实物粒子波动性是由光粒子性引伸而来，又要电子衍射试验证实。历史上提出过很多理论，只要和正确试验结果不一致就不能成立。如：M

M试验“零结果”否定了以太存在。“一个矛盾试验结果就足以推翻一个理论”

爱因斯坦有理论不是以直接试验为基础，而是从其它理论引伸出来，但原来理论有其试验基础，新理论也要经过试验证实才能成立。1111/38按理论和试验分布以下：获奖类型项目人数试验83114理论3346试验+理论46得奖试验项目和人数大致占总数三分之二。（2）从诺贝尔物理学奖看试验在近代物剪发展中所起作用1901

年共发奖96次（1916,1931,1934,1940

1942未发奖），得奖项目120项，得奖人数166人。1212/38→格拉肖、

温伯格、萨拉姆1979年得奖

很多理论项目标得奖都是在判定性试验结果得出后很快才授予。如：这表明：“试验是最有力杠杆，我们能够利用这个杠杆去撬开自然界秘密。在处理某一假说是保留还是摒弃这么一个问题时，这个杠杆应该成为‘最高一级审理法院’”

伦琴电子衍射试验(1927)→德布洛意1929年得奖吴健雄试验(1957年初)→李政道、扬振宁1957年得奖中性流试验(1973

1978)1313/38

2.理论（1）理论是试验规律总结、提升和发展，能更深入反应事物本质，往往含有普遍性。主要理论建立把物理学推进到新高度。如：

光电效应试验规律(现象)→光量子理论(本质)

里德伯光谱公式→玻尔理论(原子能量量子化)（2）在理论建立或发展一定阶段，它本身内部矛盾和逻辑发展也会造成新理论建立。1414/38

狭义相对论（物理规律对一切惯性系含有不变性）

对非惯性系是否含有不变性?

广义相对论建立。

光二象性

是否一切微观粒子都有二象性?

物质波假说

物质波是否可用波动理论来描述?

薛定格方程建立。

电弱统一理论

四种相互作用是否都能统一?

超大统一理论研究。1515/38（3）理论对试验研究有主要指导作用

戴维孙—革末试验

知道物质波理论后才自觉地进行

迈克耳孙

莫雷试验

瑞利、开尔文催促，洛仑兹提出改进意见当代试验:

使用大型精密仪器

设计制造专用装置

花费大量人力物力

1616/38必须有明确物理目标和学术意义才能开展起来并坚持下去，这就离不开理论指导。理论和试验关系可用李政道教授提出“物理学家定律”作为一个很好总结：“没有试验家，理论家就会迷失方向；没有理论家，试验家就会迟疑不决。”1717/38三.相对和绝对

1.物理定理、定律、理论反应了客观世界运动规律，含有稳定性、可重现性

含有绝对真理成份。

2.定理、定律、理论又含有近似性，只在一定范围内才正确，因为：（1）客观世界本身是不停发展改变，人认识永远没有完结。1818/381)任何试验都不能绝对准确，测量都有误差。2)不可能搞清楚每一现象和别现象之间全部联络。

所以，不能把任何物理理论看成无条件、永恒东西加以绝对化!

比如：

相对论和量子力学发展表明，经典物理很多规律在高速、微观世界都不适用。（2）人认识水平受到历史条件限制。1919/38

通常人们认为：光子静止质量为零实际测量结果是：

m

10-60g电子是稳定不变

3

1023y质子是稳定不变

1

1032y中微子静止质量为零

m

10-2eV

经典物理规律并不都有完美试验验证万有引力定律只在<10cm距离有扭称试验证实，距地面10公里以上有些人造地球卫星运行证实，在中间距离过去并没有试验证实，近年来发觉确有偏差，并归结为存在第五种力。2020/38

经典物理也有发展比如：过去认为牛顿力学是决定论典范，

历史经验表明，理论和试验之间非常小不一致就能够造成重大突破。比如：宇称守恒定律检验p+F19

Ne20(1+)

O16+He4不守恒程度

3×10--13

弱作用宇称可能不守恒。但混沌研究表明，它含有内在随机性。2121/38所以，不能盲目地相信物理定律或理论普遍适用性，要从理论和试验结果差异当中去探索新天地。

当前试验技术水平：

单个微观粒子能量转移（最大）

1TeV最高能量分辩率

E／E

10-16能直接测量最短时间

10-16sec最小空间分辨

3.9×10-19m很多物理规律、结论就是在这种试验技术水平下（或者比这差得多水平下）得到。2222/38比如认为电子无内部结构，能够看成点粒子，所以，必须重视物理规律近似性，注意它适用范围。不能把现在得到物理定律、结论看成是永恒不变、绝对正确。要注意存在矛盾，勇于突破，进行创新。实际上这只是在3.9×10-19m空间分辨能力下，没有发觉电子含有内部结构。空间分辨能力进一步提升后，很可能会发觉电子有结构。2323/38四.继承和创新

有继承才有创新，有创新才有发展。

1.继承重大理论创建都是在继承和总结前人结果基础上加以发展才完成。

没有继承就不会有发展和创新。

▲比如，牛顿完成了经典力学体系建立，他继承了很多前人工作。2424/38

在牛顿以前

伽利略惯性原理

牛顿

推广总结出第一定律

伽利略对自由落体规律研究，提出加速度概念

笛卡尔、惠更斯对碰撞问题研究

第谷天文观察、开普勒行星运动三定律、胡克、惠更斯、哈雷关于重力、引力研究

定义了质量、力，总结出第二定律

总结出第三定律

提出万有引力定律2525/38▲

又如，电磁理论创建：

库仑定律

高斯定律

奥斯特（电流磁效应）

安培环路定理

法拉第（电磁感应，力线概念，场概念）

麦克斯韦在总结以上结果基础上，提出“位移电流”和“涡旋电场”概念，建立了麦克斯韦方程组。2626/38▲再如，爱因斯坦创建狭义相对论：

伽利略相对性原理

迈克耳孙—莫雷试验

洛仑兹提出尺度收缩假说

彭加勒提出以太可能不存在，

在上述原理、假说、试验基础上，爱因斯坦提出相对性原理和光速不变原理，建立了狭义相对论。绝对运动在标准上观察不到。2727/38正如牛顿所说：“假如说我比笛卡尔看得更远，那是因为我是站在巨人们肩膀上”所以，要把科学发展看成是集体贡献，应该把著名科学家看作是成百上千无名科学家代表。2828/38谁最有创新精神，谁勇于突破旧观念、旧理论束缚，谁就能率先做出重大贡献，

爱因斯坦创建相对论时是这么，

李、杨提出弱作用宇称不守恒时也是这么。当科学本身矛盾已经成熟甚至刚才显露时，科学研究贵在创新，创新是科学研究灵魂，2.创新对基础研究来说更是这么。2929/38

（1）要有创新意识

不墨守成规，不人云亦云。总想探索新路径，提出新观念，尝试新方法，导出新结论。

没有想到创新人决不会有新创造。

创新精神三个要素：3030/38

不怕名人权威。在新事实面前

勇于怀疑旧理论，提出新问题。（2）要有创新勇气“进步道路上绊脚石是，也一向是，不允许怀疑传统”

吴健雄3131/38

爱因斯坦、英菲尔德《物理学进化》“提出一个问题往往比处理一个问题更主要，提出问题是对旧理论、旧观念怀疑和探讨,是建立新观念起点。从新角度去看旧问题，却需要有创造性而且标志着科学真正进步”因为处理问题可能仅仅是数学上或试验上一个技能而已。而提出新问题、新可能性，想象力，3232/38（3）勇于想象

法拉弟：电磁作用经过场来传递，需要时间。

德布罗意：微观粒子同时又是一个波。

狄拉克：真空充满了负能态电子，其中空穴就是正电子。人们幻想象鸟一样在空中飞行才创造了飞机，人们幻想到月球上旅行才实现了登月。

“想象力比知识更主要，因为知识是有限，而想象力概括着世界上一切，推进着进步，而且是知识进化源泉。严格地说，想象力是科学研究中实在原因”

爱因斯坦3333/38不是要知识很全才能创造。在物理学发展中，做出重大创造性贡献很多是年轻人：牛顿（1642

1727）

万有引力定律24岁（1666）麦克斯韦（1831

1879）

电磁场理论第一篇论文24岁（1855）爱因斯坦（1879

1955）光子理论，相对论26岁（1905）玻尔（l885

1962）

原子结构模型28岁（1913）3434/38海